直线滚动导轨副动态特性分析

李 磊，张建润，刘洪伟

(1.东南大学 机械工程学院，南京 211189;2.江苏科技大学 机械工程学院，江苏 镇江 212000)

直线滚动导轨副由于运动阻力小、定位精度高等优点逐渐取代滑动导轨成为高速高精度数控机床的重要功能部件，其动态特性建模特别是导轨滑块结合面建模精度对机床整机动态分析有重大影响。国外早在上世纪90年代便开始对滚动导轨副动态特性进行了深入研究，主要包括结合面运动机理研究和动态特性建模研究［1－2］。近年来，结合面非线性特性引起了国外学者的重视［3］。国内对于直线滚动导轨建模研究也广泛开展:刘阳等［4］通过有限元方式建立了导轨结合面模型应用于机床整机建模和分析并进行了实验验证，毛宽民等［5］结合有限元方法提出了一种新的直线滚动导轨副结合部动力学模型，文献［6］使用弹簧阻尼单元模拟滑块导轨结合面取得了良好的结果。以上模型主要是基于有限元方法，其建模精度受到结合面单元分布形式和结合面参数的影响;同时，由于忽略了结合面非线性因素的影响，建模精度不高，制约了高速、高精度数控机床动态特性建模和分析的可靠性。

基于前人的研究［1－2，7］，本文针对一款直线滚动导轨，探讨结合部刚度计算方法，通过模态理论和拉格朗日方程建立该导轨副动力学模型，分析其固有特性，并运用模态实验进行了分析验证;同时，考虑结合面非线性特性，基于实验讨论了预紧力和外部激励等对导轨系统刚度和阻尼特性的影响，为精确建立高速、高精度机床整机动态模型和系统稳定性分析奠定了基础。……